青海石灰?guī)r資源特征及高值化利用建議

雷 恩

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青海總隊(duì)，青海 西寧 810008)

石灰?guī)r是常見的一種非金屬礦產(chǎn)，用途極為廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，石灰?guī)r是生產(chǎn)水泥、石灰、純堿、電石的主要原料，是冶金工業(yè)中不可缺少的熔劑[1]。優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r經(jīng)超細(xì)加工成納米級(jí)碳酸鈣后，被廣泛應(yīng)用于造紙、橡膠、油漆、涂料、醫(yī)藥、化妝品、飼料、密封、粘結(jié)、拋光等產(chǎn)品的制造中。因此，對(duì)于此類深加工的超細(xì)粉體需求持續(xù)增長，市場(chǎng)前景好。青海石灰?guī)r礦資源較為豐富，分布相對(duì)集中，且品質(zhì)好。目前青海省內(nèi)開發(fā)利用的石灰?guī)r多用于生產(chǎn)水泥、純堿和燒堿，此類產(chǎn)業(yè)對(duì)環(huán)境影響較大，尤其是制堿行業(yè)產(chǎn)生較多的堿渣和廢液，地方環(huán)保壓力大。本文旨在總結(jié)青海石灰?guī)r資源特征，分析國內(nèi)石灰?guī)r深加工行業(yè)及產(chǎn)品需求現(xiàn)狀，提出省內(nèi)石灰?guī)r的高值化利用建議，做到環(huán)境友好、綠色高效的可持續(xù)發(fā)展。

1 資源特征

截至2018 年底，青海已發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r礦產(chǎn)地100余處，累計(jì)查明石灰?guī)r資源儲(chǔ)量84.90×108t[2](其中電石用38.87×108t，制堿用16.58×108t，水泥用30.77×108t，熔劑用0.68×108t)。保有石灰?guī)r資源儲(chǔ)量83.78×108t，其中，保有電石用石灰?guī)r資源儲(chǔ)量38.81×108t，占全國的50.93%，排名全國第1[3]；保有制堿用石灰?guī)r資源儲(chǔ)量14.47×108t，占全國的33.56%，排名全國第1[4]；保有熔劑用石灰?guī)r資源儲(chǔ)量0.68×108t，占全國的0.47%，排名全國第25；保有水泥用石灰?guī)r資源儲(chǔ)量29.83×108t，占全國的2.08%，排名全國第20 位[3]。查明資源儲(chǔ)量的石灰?guī)r礦產(chǎn)地主要分布于海西州德令哈市、格爾木市、大柴旦鎮(zhèn)、天俊縣和西寧市湟中縣，其他地區(qū)零星分布(圖1)。

青海石灰?guī)r為化學(xué)、生物化學(xué)沉積型礦床，其產(chǎn)出嚴(yán)格受地層層位控制，主要賦礦層位有中元古界花石山群克素爾組、中寒武統(tǒng)毛家溝組、奧陶—志留系納赤臺(tái)群、下石炭統(tǒng)懷頭他拉組、三疊系郡子河群大加連組，這些地層多是碳酸鹽沉積地層或有碳酸鹽段產(chǎn)出。

石灰?guī)r形成時(shí)代從中元古代到三疊紀(jì)均有，并集中形成于石炭紀(jì)和三疊紀(jì)，有礦產(chǎn)地51 處，探明資源量占全省的83.12%，代表礦床有德令哈市旺尕秀石灰?guī)r礦床、天峻縣天青山石灰?guī)r礦床；次為奧陶紀(jì)，有礦產(chǎn)地17處，探明資源儲(chǔ)量占全省的7.64%，代表礦床有格爾木市石灰窯石灰?guī)r礦床；中元古代薊縣紀(jì)礦產(chǎn)地7 處，探明資源儲(chǔ)量占全省的5.88%，代表礦床有湟中縣門旦峽石灰?guī)r礦床；寒武紀(jì)礦產(chǎn)地13 處，探明資源儲(chǔ)量占全省的3.36%，代表礦床有互助縣柏木峽光山石灰?guī)r礦床。

青海電石用石灰?guī)r質(zhì)量特征為CaO 54.68%～55.51%，平 均55.05%；MgO 0.21%～0.85%，平均0.39%；SiO20.37%～0.58%，平均0.48%；Al2O30.11%～0.60%，平均0.25%；Fe2O30.03%～0.37%，平均0.14%。制堿用石灰?guī)r質(zhì)量特征為CaCO394.02%～97.77%，平均96.06%；MgO 0.18%～0.98%，平均0.48%；SiO20.91%～3.56%，平均1.89%；R2O30.29%～0.39%，平均0.34%。熔劑用石灰?guī)r質(zhì)量特征為CaO 52.02%～54.71%，平均53.31%；MgO 0.49%～1.94%，平均0.97%。水泥用石灰?guī)r質(zhì)量特征為CaO 49.00%～55.16%，平均53.08%；MgO 0.12%～1.47%，平均0.90%；K2O+Na2O 0.06%～0.35%， 平 均0.15%；fSiO20.40%～3.73%，平均1.24%。

圖1 青海石灰?guī)r礦分布簡(jiǎn)圖

2 開發(fā)利用歷史與現(xiàn)狀

解放前，青海石灰?guī)r僅用于燒制石灰。1958 年，隨著青海毛家寨水泥廠的建成投產(chǎn)，石灰?guī)r礦的開發(fā)利用進(jìn)入了新的歷史時(shí)期。隨后，青海省化工、冶金等行業(yè)逐步興起，石灰?guī)r的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。改革開放以后，各項(xiàng)事業(yè)飛速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷增長，青海省水泥產(chǎn)能從數(shù)十萬噸迅速增長到數(shù)百萬噸。同時(shí)制堿、電石等行業(yè)也在發(fā)展，石灰?guī)r礦的需求也迅速增長。改革開放至本世紀(jì)初，青海省石灰?guī)r礦主要用于水泥制造，其次是燒制建筑用石灰，化工、冶金等行業(yè)用量十分有限。

進(jìn)入21 世紀(jì)，青海制堿、電石等行業(yè)迅猛發(fā)展，石灰?guī)r礦開采規(guī)模也急劇增大。石灰?guī)r礦從主要建材原料礦產(chǎn)，變成了重要的化工原料礦產(chǎn)。目前青海石灰?guī)r主要用于水泥、制堿、電石等行業(yè)。西寧市周邊石灰?guī)r礦主要用作水泥原料；德令哈旺尕秀礦區(qū)石灰?guī)r礦石質(zhì)量好，多用于制堿和生產(chǎn)電石；大柴旦地區(qū)的石灰?guī)r多用于制堿；格爾木地區(qū)的石灰?guī)r則多用作水泥原料。據(jù)《青海統(tǒng)計(jì)年鑒2020》[5]，2019 年青海生產(chǎn)水泥1 340 萬t(每噸產(chǎn)品需1.32t 石灰?guī)r)，生產(chǎn)碳酸鈉(純堿)453 萬t(每噸產(chǎn)品需1.5t 石灰?guī)r)，氫氧化鈉(燒堿)42 萬t(每噸產(chǎn)品需1.8t 石灰?guī)r)；2018 年生產(chǎn)碳化鈣(電石)8 萬t(每噸產(chǎn)品需0.9t石灰?guī)r)。合計(jì)每年消耗石灰?guī)r原礦約2 500 萬t。

3 我國石灰?guī)r高值利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國石灰?guī)r礦資源豐富，傳統(tǒng)用途主要用于生產(chǎn)水泥、電石、制堿、燒制石灰、冶金熔劑、建筑石料等。隨著科技進(jìn)步和納米技術(shù)的發(fā)展，石灰?guī)r(碳酸鈣)粉體的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，呈現(xiàn)高值化利用趨勢(shì)。石灰?guī)r高值利用主要表現(xiàn)為用于生產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣(納米碳酸鈣或超細(xì)碳酸鈣)，簡(jiǎn)稱為碳酸鈣產(chǎn)業(yè)。碳酸鈣廣泛應(yīng)用于造紙、塑料、涂料、橡膠、油墨、化學(xué)建材、粘接劑和密封材料、飼料、日化、食品、藥品等諸多領(lǐng)域，也可用作膳食補(bǔ)充劑和抗酸劑，是目前應(yīng)用最廣、用量最大的無機(jī)非金屬礦物粉體。近年來上述終端行業(yè)對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣的需求始終表現(xiàn)為穩(wěn)步提升態(tài)勢(shì)。

依托豐富而優(yōu)質(zhì)的石灰?guī)r、方解石資源以及廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)，我國碳酸鈣產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了不斷進(jìn)步和成長的幾個(gè)階段，逐步發(fā)展成為世界碳酸鈣產(chǎn)業(yè)大國，特別是近十余年一直保持世界碳酸鈣生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國地位，輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)和消費(fèi)量均達(dá)到世界總量的50%以上，重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)量約占世界總量的25%以上[6]。圍繞石灰?guī)r礦產(chǎn)地，我國已形成十大碳酸鈣產(chǎn)業(yè)基地[10]，分別是廣西賀州、江西永豐、浙江建德、河南南召、廣東連州、浙江衢州、安徽池州、河北井陘、湖南臨武、四川寶興。

2019 年我國碳酸鈣行業(yè)產(chǎn)量3 595 萬t，其中輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)量1 350 萬t，重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)量2 245 萬t；進(jìn)口量4.9 萬t，出口量12.2 萬t，表觀消費(fèi)量3 587.7 萬t[7]。我國雖是碳酸鈣生產(chǎn)大國，但受資源、技術(shù)、資金、場(chǎng)地、成本控制等限制，很多企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)落后，存在產(chǎn)業(yè)層次低、資源消耗高、環(huán)境污染重、土地和能源集約節(jié)約程度低、高端人才匱乏、企業(yè)自主創(chuàng)新能力不足等諸多問題，仍不是碳酸鈣產(chǎn)品生產(chǎn)強(qiáng)國。

2020 年新冠肺炎疫情給我國經(jīng)濟(jì)造成了較大沖擊，但對(duì)于碳酸鈣行業(yè)來說，2020 年國內(nèi)市場(chǎng)依舊火熱，全年共有16 個(gè)碳酸鈣項(xiàng)目開工、14 個(gè)碳酸鈣項(xiàng)目簽約[8]。各項(xiàng)目分布于廣西、湖北、山東、四川、湖南、安徽等地，其中廣西地區(qū)備受青睞，項(xiàng)目多達(dá)14 個(gè)。高值利用深加工目標(biāo)產(chǎn)品有氧化鈣、活性氧化鈣、工業(yè)氫氧化鈣、食品級(jí)氫氧化鈣、納米碳酸鈣、超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、食品藥品碳酸鈣及復(fù)合粉體新材料等。2021 新年伊始，市場(chǎng)對(duì)碳酸鈣的追捧熱度持續(xù)不減，根據(jù)廣西壯族自治區(qū)重大項(xiàng)目建設(shè)推進(jìn)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室下達(dá)的《2021 年第一批自治區(qū)層面統(tǒng)籌推進(jìn)重大項(xiàng)目建設(shè)方案》，提出了2021 年第一批自治區(qū)層面統(tǒng)籌推進(jìn)重大項(xiàng)目共1 724 項(xiàng)，其中涉及氧化鈣、重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、納米碳酸鈣等項(xiàng)目共22 個(gè)[9]。

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2018-2023年我國碳酸鈣行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》，目前我國碳酸鈣廠家約1 000 家，其中重鈣廠家500 多家，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。歐米亞、英格瓷、邱博等規(guī)模較大的跨國公司通過其在我國沿海的“橋頭堡”式工廠滲透我國市場(chǎng)?？鐕髽I(yè)依靠強(qiáng)大的研發(fā)能力、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品質(zhì)量、精良的儀器、良好的品牌信譽(yù)，占據(jù)了國內(nèi)大部分高端市場(chǎng)，價(jià)格普遍比國產(chǎn)同類產(chǎn)品高1～3 倍。相比國外領(lǐng)先企業(yè)，我國本土重質(zhì)碳酸鈣企業(yè)規(guī)模普遍較小，競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，主要為中低端產(chǎn)品市場(chǎng)。不過，近年來國內(nèi)企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力持續(xù)提升，一批實(shí)力較強(qiáng)的本土企業(yè)相繼涌現(xiàn)，高端產(chǎn)品市場(chǎng)正逐步打破外資企業(yè)或其在華企業(yè)的壟斷局面。廣西科隆、江西廣源化工、廣福建材、廣西金山化工、山西蘭花等優(yōu)勢(shì)企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量水平和性價(jià)比方面日益具備和國際品牌競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。

隨著我國經(jīng)濟(jì)提出高質(zhì)量健康發(fā)展要求，高端碳酸鈣產(chǎn)品在塑料、橡膠、涂料、造紙等行業(yè)的需求量將會(huì)急劇增加，今后很長一段時(shí)間內(nèi)碳酸鈣產(chǎn)業(yè)具有旺盛的發(fā)展前景。但從2019 年開始，全球經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)增速降緩，全球技術(shù)和產(chǎn)品同質(zhì)化導(dǎo)致全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)烈，國外對(duì)高端碳酸鈣產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)及裝備限制更為嚴(yán)格，這對(duì)需求高端碳酸鈣產(chǎn)品的企業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，但也給我國高端碳酸鈣產(chǎn)品行業(yè)提供了機(jī)遇，國產(chǎn)的高檔納米碳酸鈣、超微細(xì)碳酸鈣、醫(yī)用級(jí)和食品級(jí)碳酸鈣產(chǎn)品的開發(fā)必將加快進(jìn)度；同時(shí)功能化、專用化的碳酸鈣產(chǎn)品也是今后碳酸鈣產(chǎn)品發(fā)展的方向；另外改良碳酸鈣粉體性質(zhì)的新型表面活性劑開發(fā)也是碳酸鈣產(chǎn)業(yè)亟需攻克的難題[6]。

4 資源優(yōu)勢(shì)及高值化利用建議

青海保有電石用石灰?guī)r和制堿用石灰?guī)r資源儲(chǔ)量排名全國第1，優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r礦主要分布于柴達(dá)木盆地的德令哈地區(qū)，其中德令哈市旺尕秀南山石灰?guī)r礦查明資源儲(chǔ)量23.59 億t(電石用12.18 億t，制堿用5.32 億t，水泥用6.09 億t)。該礦位于柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，有較好的開發(fā)利用政策支持。根據(jù)省內(nèi)石灰?guī)r資源特征，提出以下高值化利用建議。

(1)根據(jù)石灰?guī)r的區(qū)域分布、質(zhì)量特征和市場(chǎng)需求，開展分級(jí)高值利用、產(chǎn)業(yè)布局研究，做到資源優(yōu)質(zhì)優(yōu)用，提高優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r的利用價(jià)值。

(2)加強(qiáng)政策引導(dǎo)和支持力度，堅(jiān)持綠色發(fā)展與開發(fā)，優(yōu)化資源配置，合理高值高效利用，對(duì)資源吃干榨盡，做到資源價(jià)值和社會(huì)效益最大化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

(3)根據(jù)石灰?guī)r質(zhì)量特征，將CaO 含量＞54%的優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r用于生產(chǎn)碳酸鈣深加工產(chǎn)品，借助“一帶一路”發(fā)展機(jī)遇，走出國門，主要出口中亞國家，部分用于省內(nèi)及周邊地區(qū)塑料、涂料、醫(yī)藥等行業(yè)；將CaO 含量在48%～54%的中品質(zhì)石灰?guī)r用于生產(chǎn)氧化鈣及氫氧化鈣，用于省內(nèi)冶金熔劑、化工及食品深加工等行業(yè)；將CaO 含量＜48%的低品質(zhì)石灰?guī)r用作水泥原料和建筑骨料等。